[發明專利]一種碳海綿材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201611051460.2
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106732412A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 董淑英;張衛兵;秦樹巧;禹崇菲;王競偵;樊志偉;張方圓
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司41107
• 代理人: 于兆惠

技術領域

本發明屬于吸油材料的合成技術領域，具體涉及一種碳海綿材料及其制備方法和應用。

背景技術

油類物質通過不同途徑進入水體環境中從而形成含油廢水。含油廢水主要來源于石油化工業、運輸業、機械制造業和餐飲業等，是一種面廣、量大且危害嚴重的廢水。含油廢水排入水體會造成水體溶解氧下降，產生惡臭，水質惡化。甚至水中生物因缺氧而死亡，并導致魚、蝦、貝類等變味而不宜食用。海上鳥類體表粘上溢油，會喪失飛行功能，嚴重者會造成鳥類死亡。如將含油廢水進行農業灌溉，也會影響農作物生長。因此，對含油廢水的有效治理，不僅可以回收有用的能源，還可以減少污染，對人類健康和社會可持續發展均有重要意義。

吸附法是處理含油廢水最為常見的一種方法，主要是利用親油性材料的物理化學吸附性能，將油類廢水中的溶解油和其它類似的污染物吸附去除的過程。吸附法在含油廢水處理中有著不可取代的作用，它能夠有效處理其它方法難以去除的一些大分子有機污染物，經處理后出水水質好且比較穩定。吸附劑是吸附過程的關鍵物質基礎，根據不同的含油廢水處理工藝和經濟性要求，可以采用不同類型的吸附劑。常用的吸附劑有碳質吸附劑、黏土類吸附劑、粉煤灰和離子交換樹脂等。其中，碳質吸附劑最為常見，比表面積大且化學性能穩定，在廢水處理中被廣泛應用。

目前處理含油廢水普遍使用的吸附劑處理成本較高、吸附易飽和且再生困難，限制了吸附法的廣泛應用。研制吸附容量大、吸附速率快、機械強度好、油水選擇性好、化學性質穩定、可重復使用或可生物降解的性能優異且高效廉價的吸附劑是推動吸附法在廢水處理中被廣泛應用的關鍵。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種吸附容量大、吸附速率快且彈性易再生的碳海綿材料及其制備方法，制得的碳海綿材料能夠較好地應用于處理含油廢水。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種碳海綿材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：首先采用改進的Hummers’法以石墨粉為原料制備氧化石墨，再將制得的氧化石墨配制成質量濃度為2-10mg/mL的氧化石墨水溶液，加入0.5%-3%氧化石墨水溶液質量的羧甲基纖維素，然后置于水熱反應釜中于120℃水熱反應8h得到可塑性碳海綿，經透析處理后冷凍干燥得到宏觀整體塊狀碳海綿材料。

進一步優選，所述氧化石墨水溶液的質量濃度優選為4mg/mL，所述羧甲基纖維素的添加量為氧化石墨水溶液質量的1.5%，制得的宏觀整體塊狀碳海綿材料對含油廢水中正己烷的去除率為99.86%。

本發明所述的碳海綿材料，其特征在于是由上述方法制備得到的。

本發明所述的碳海綿材料在處理含油廢水中的應用，其特征在于具體過程為：利用碳海綿材料的疏水親油性吸附含油廢水中的油類物質，碳海綿材料吸附后的增重比為150%-200%，并且利用碳海綿材料的彈性形變實現油類物質與碳海綿材料的分離，分離出的油類物質進一步回收利用，油類物質的回收率為90%以上，分離出的碳海綿材料通過燃燒去除殘留的油類物質后重復循環使用。

進一步優選，所述的油類物質為環己烷、正辛烷、癸烷、正十二烷、真空泵油或食用大豆油中的一種或多種。

本發明的碳海綿材料是由天然石墨經氧化、還原以及膨化而得到的一種疏松多孔的宏觀整體性碳質材料。由于有發達的網絡狀孔型結構、高的比表面積、高的表面活性和非極性，同時孔系結構中主要以大中孔為主，因此，碳海綿材料具有疏水親油性。碳海綿材料可任意調節形狀，彈性也很好，內部的空隙水可以通過擠壓排除，便于回收利用。如果將碳海綿材料用于含油廢水的處理，有望發揮這類碳海綿材料良好的機械穩定性和疏水親油特性等優勢。

本發明合成了一種吸附容量大且易于再生的吸油宏觀整體塊狀碳海綿材料，并且提供了一種能夠通過較為簡單的制備工藝獲得回收型吸附材料的方法。

附圖說明

圖1是本發明在最優條件下制得的碳海綿材料的SEM圖；

圖2是本發明在最優條件下制得的碳海綿材料的IR圖譜。

具體實施方式

以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明上述內容實現的技術均屬于本發明的范圍。

實施例1